贵州省地处我国西南地区，境内煤层发育，在煤层中蕴藏着大量可供开发利用的煤层气资源，是我国南方最大的煤层气富集区。近年来，多家单位先后在六盘水煤田、织纳煤田、黔北煤田施工了300余口煤层气参数井、排采井（组），积累了大量的地质工程资料和施工组织经验，极大推动了贵州煤层气勘探开发进程。贵州省内所施工的煤层气井多采用合层开发方式，且煤层气井产层数量、特征存在显著差异。为了查明贵州合层开发煤层气井产层孔渗特征，本文在省内外煤层气勘探开发现状调研的基础上，收集、整理了贵州省及周边地区（滇东、川南、重庆）63口合层开发煤层气井产层孔渗特征数据，对比研究了贵州省合层开发煤层气井产层孔渗特征。

贵州省位于我国西南地区，有着“江南煤海”的称号，煤炭资源储量十分丰富，总含煤面积大约为7万km²，在这其中赋存着大量的煤层气资源，勘探开发潜力巨大^［1］。

贵州省煤层的主要形成时期为晚二叠世，由于我国南方地区在二叠纪之后，构造演化发展频繁，在沉积发展过程中经历了多次海陆交互，使得贵州煤层气与其他地区煤层气差异显著，且特点鲜明，可总结为“一弱”“两多”“三高”和“四大”四个方面。其中，“一弱”表现为贵州的主要含煤地层龙潭组的地下水动力条件较弱，含水量低。“两多”表现为煤层的层数多以及控气构造类型多。在聚煤后期，由于强大的改造作用，贵州境内的含煤地层被分割从而赋存在多个独立次级向斜单元。“三高”包括煤层含气量高、资源丰度高、储层压力以及地应力高。在织纳地区，煤层平均含气量大于18 m³·t⁻¹，最高含气量甚至可以达到27 m³·t⁻¹。含气量大于4 m³·t⁻¹，且埋深小于2 000 m的可采煤层中煤层气资源丰度大于2.2亿 m³·t⁻¹，而全国的平均水平只有1.12亿 m³·t⁻¹，足以证明贵州地区有着丰富的煤层气资源。通过省内煤层气的试井资料得到煤储层压力系数普遍在0.9以上。“四大”指煤层气资源量大、煤级变化大、煤储层渗透性变化大、地质条件垂向变化大。贵州省煤层气资源储量十分丰富，占到全国煤层气资源总量的18%左右。境内从肥煤到无烟煤均有分布，且煤级的分布成带状，以中变质烟煤−高煤级煤为主要煤级^［2］。

贵州合层开发煤层气井产层孔隙度统计如图1所示。从图中可知：产层孔隙度较低，变化范围在1.04%～6.70%之间，且主要孔隙度在2%～6%，仅少量产层孔隙度小于2%或大于6%。区内煤层气井产层孔隙度较低，主要受控于煤变质程度较高的影响。此外，煤层具有相对较低的孔隙度，也导致煤储层渗透率偏低^［3］。

图 1

Figure 1

图 1 贵州合层开发煤层气井产层孔隙度统计 Fig.1 Statistics on the production layer porosity of coalbed methane wells in the multi-coal seam development in Guizhou Province

从贵州各煤田的情况来看：六盘水煤田合层开发煤层气井产层孔隙度为2.5%～6.7%，且以nm～μm级的微孔为主，中孔、大孔占比较低。其中，水城矿区DC−1井钻遇可采煤层孔隙率为3.6%～6.7%，平均为5.8%；盘江矿区松沙井田SC−1井主要目的煤层孔隙率为2.8%～3.4%，平均为3.2%；松河井田GC−1井煤层孔隙率2.5%～5.1%，平均为4.1%。从孔隙度的变化来看，DC−1井主要目的煤层的孔隙度变化较大，表现为随着煤层埋深增加，孔隙度逐渐减小；SC−1井主要目的煤层孔隙度相近，与埋深的关系不明显；GC−1井煤层孔隙度与灰分/矿物质含量有关，灰分含量越高，煤层孔隙率越小。由于矿物质充填了煤中一部分中、大孔隙，导致煤层总孔容下降，虽然有些矿物本身就存在一些孔隙，但总体而言还是使得煤层孔隙发育程度降低。与六盘水煤田相比，织纳煤田、黔北煤田煤层气井产层孔隙度相对较低，这与煤变质程度高、微孔比例高有密切关系。

图2为六盘水煤田盘江矿区火烧铺区块产层内生裂隙发育情况。由图中可知：六盘水煤田盘江矿区、水城矿区广泛发育的中变质程度煤层（产层）内生裂隙最发育，裂隙密度大。

图 2

Figure 2

图 2 六盘水煤田盘江矿区火烧铺区块产层内生裂隙发育情况 Fig.2 Endogenous fissures development in the production layers of Huoshaopu block in Panjiang mining area of Liupanshui coalfield

以盘关向斜和格目底向斜为例，盘关向斜煤层的面裂缝宽度大约为1 ～ 36 mm，端裂缝宽的变化在1～30 mm之间，裂隙密度为5.4～8.7条·m⁻¹；格目底向斜煤层的面裂缝宽度大约为1～26 mm，段裂缝的宽度变化在1～20 mm之间，裂隙密度5.3～11.3条·m⁻¹。但是，由于地应力对煤层裂隙开合及产层渗透率有显著影响，内生裂隙充填（方解石、黄铁矿等矿物）及地应力增加不利于裂隙导流，导致产层渗透率普遍较低。

产层渗透率决定了煤层气渗流的难易程度，因此在煤层气开发过程中受到广泛关注^［4］。产层渗透率高，气水渗流速度越快，压降漏斗扩展距离越长，影响面积越大，煤层气井产量越高。但当渗透率过高时，在供液能力充足的条件下，使得产水量过大，井底流压降低越困难，不利于煤层气的解吸产出^［5-7］。当渗透率偏低时，煤层中的气、水渗流速度越慢，压降速度越小，压降传播距离越短，仅在井筒附近存在压降，最终导致煤层气井产气量偏低^［8］。

图3为贵州合层开发煤层气井产层渗透率统计。由图中可知：贵州产层渗透率均低于0.35 mD，属于中低渗透率产层，且以小于0.1 mD的低渗产层为主。表1为六盘水煤田部分勘查试采井煤层厚度、埋藏深度及渗透率。由表中可知：煤层气井产层渗透率偏低，主要受区域高地应力、高变质程度及局部煤层开发深度大的共同影响，这与贵州省内煤储层渗透率总体特征及空间变化规律一致。图4为六盘水煤田部分勘查试采井煤层厚度、埋藏深度与渗透率关系。由图中可知：产层渗透率总体表现为随着埋藏深度增加而减少，这是由于当埋藏深度增加时，煤储层受到的地应力也在增加，地应力是影响渗透率的首要因素，且随地应力增大渗透率逐渐减小。

图 3

Figure 3

图 3 贵州合层开发煤层气井产层渗透率统计 Fig.3 Statistics on the production layer permeability of coalbed methane wells in the multi-coal seam development in Guizhou

表 1 Table 1

表 1 六盘水煤田部分勘查试采井煤层厚度、埋藏深度及渗透率 Table 1 Coal seam thickness, burial depth, and permeability from part of the exploration and test mining wells in Liupanshui coalfield 井名 煤层厚度/m 埋藏深度/m 渗透率/mD 杨煤参1井 2.66 599 0.07 1.83 636 0.35 1.93 659 0.31 SC−1井 2.50 441 0.49 1.53 557 0.16 3.45 605 0.13 2.63 634 0.08 DC−1井 0.98 573 0.07 3.05 632 0.17 1.67 806 0.13 黔水参1井 2.90 560 0.35 2.15 623 0.31 1.65 663 0.28

表 1 六盘水煤田部分勘查试采井煤层厚度、埋藏深度及渗透率 Table 1 Coal seam thickness, burial depth, and permeability from part of the exploration and test mining wells in Liupanshui coalfield

综上所述，贵州合层开发煤层气井产层渗透性差，使得区域煤层气开发面临挑战。由于煤层埋深和煤储层渗透两者关系密切，为了降低煤层气开发的难度，就需要合理选择开发煤层深度，保障煤层气开发效果。在织纳煤田和黔北煤田中，由于其含气饱和度相对较低且煤变质程度较高，则在开采过程中应与煤矿开采工作紧密结合，在煤层埋藏较浅的位置进行瓦斯地面预抽，以获得经济、安全与环保综合效益^［9-10］。

图 4

Figure 4

图 4 六盘水煤田部分勘查试采井煤层厚度、埋藏深度与渗透率关系 Fig.4 Relationship between the seam thickness, burial depth, and permeability from part of the exploration and test mining wells in Liupanshui coalfield

（1）贵州省内受煤变质程度高的影响，煤层气产层孔隙度较低，主要孔隙度在2% ～ 6%左右。

（2）省内煤储层大多发育两组相互近正交的内生裂隙，且内生裂隙的非均质性极强，密度很大。外生裂隙及构造煤发育与区内深大断裂活动有关，并与煤厚的相关性明显。

（3）省内产层渗透率均低于0.35 mD，以小于0.1 mD的低渗产层为主，总体上属于中低渗率产层。